【自動車用語辞典:ステアリング「概説」】簡単にクルマが曲がる秘密とは?

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誰でもステアリングを操作すれば簡単かつ正確にクルマを曲げることができますが、そのためにステアリングにはいろいろな補助的な機構が組み込まれています。

基本的なステアリングのギア機構から、油圧/電動パワステ機構や4WS(4輪操舵)まで、解説していきます。

クルマが曲がるときには、ステアリングホイールを操作して、操舵前輪の向きを変えます。このとき、前輪の内輪と外輪の切れ角が同じだと、旋回するためには内側のタイヤがスリップすることになります。内側のタイヤの方が、外側のタイヤよりも走行距離が短いからです。

これを解決するためには、内側のタイヤの向き(操舵角)を外側のタイヤの向きよりも大きくして、旋回の中心を一致させる必要があります。

それを簡単な装置で実現したのが、アッカーマン機構です。

アッカーマン機構では、前輪はタイロッドと左右のナックルアームで形成される台形のリンク機構に接続されています。

ステアリングを操作するとタイトロッドが左右に動いて、それに繋がっている左右のナックルアームが動いて両タイヤの向きが不均等に変化します。

ステアリングを右に切ると、タイロッドが左に動き、左車輪のナックルアームが押されてタイヤは右を向き、右車輪のナックルアームは引っ張られて右に向きます。このとき、リンク機構が台形のため、左右のナックルアームの動きに差が出て、旋回の内側のタイヤの操舵角は外側より大きくなります。

ギアボックスには、ステアリングホイールの回転をタイロッドの左右の動きに変換する機構が組み込まれています。また、ステアリングホイール操作を軽減するため減速ギアが設けられており、この減速比をステアリングギアレシオと呼びます。低速と高速でギア比を可変化した方式もあります。

ステアリング機構としては、現在主流で一般的なラックピニオン方式と一部大型車などで使用されているボールナット方式があります。

ラックピニオンは、ステアリングシャフト先端のピニオンギアの回転を棒状のラックギアの横方向の動きに変換する機構です。簡単な構造でステアリングの切れ味がシャープなのでほとんどのクルマで採用されています。

ステアリング操作を軽減するためにほとんどのクルマに装備されているパワーステアリングは、もともとはエンジン駆動のオイルポンプを使った油圧式でした。最近は、燃費や運転支援技術で活用するためにモーターを利用した電動パワステも増えています。

ステアリングの操作力は、軽ければ軽いほどよいという訳ではありません。操作力がもっとも必要なのは停止時や低速時で、高速では大きな操作力は必要ありません。

したがって油圧式パワステは、走行速度に応じてステアリングホイールの補助力を調整して、安定したステアリング操作ができるように油圧調整をしています。

電動パワステは、低速時のみモーターで操作力を補助して、極力エンジンの負担を減らすようにしています。

前輪だけでなく後輪も操舵する4WSは、ドライバーが前輪を操舵し、後輪はクルマがいろいろな情報から適切に判断して操舵するので、安定した旋回性能が確保できます。

多くのメーカーが独自の4WSを開発して採用していましたが、ESCやトルクベクタリングなどの高度なブレーキ技術や4WD技術が開発されて、積極的に採用している例は少なくなりました。

ステアリング機構は比較的簡単な構成ですが、心地よく、安全に曲がれるようにさまざまな機能が盛り込まれています。

本章では、ステアリング機構の基本から高度な4輪制御の4WSまで、詳細に解説しています。

(Mr.ソラン)

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